射極跟隨器的典型電路:
射極跟隨器又叫射極輸出器,是一種典型的負反饋放大器。從晶體管的連接方法而言,它實際上是共集電極放大器。圖中Rb是偏置電阻,C1、Cl是耦合電容。信號從基極輸入,從發射極輸出。晶體管發射極接的電阻Re,在電路中具有重要作用,它好象一面鏡子,反映了輸出、輸入的跟隨特性。
輸入電壓usr=ube+usc。通常Usc》Ube,忽略Ube不計,則usr≈usc。顯然,這就意味著射極限隨器的電壓放大倍數近似等于1,即:輸入電壓幅度與輸出電壓幅度近似相等。當Usr增加時,ib、ie都增加,發射極電壓ue(usc)也就增加。反之,Usr減小時Usc也減小。這說明輸出電壓與輸入電壓同相,正是因為不僅輸出電壓與輸入電壓大小相等,而且相位也相同。輸出電壓緊緊跟隨輸人電壓而變化,我們把這種具有跟隨特性的電路稱為“射極限隨器”。
射極跟隨器以很小的輸人電流卻可以得到很大的輸出電流(ie=(1+β)ib)。因此具有電流放大及功率放大作用。需要區別的是普通的多級共射級放大電路,是不放大電流放大電壓,這點跟射隨是相反的。在電視電路中,中放解出TV的視頻圖像后用射極電路來輸出,保證輸出圖像的變化隨輸入而改變,需主意的是一般幅度要達到1.2V左右,需通過調節RB和RE的比例調節輸出交流波形的幅度。
射極跟隨器型開關電路的設計
8.4. 1給射極跟隨器輸入大振幅
射極跟隨器是電壓放大倍數為1的放大電路。這種電路具有直流增益,利用輸入大振幅的方波可以起到與開關電路相同的作用。
圖8.17示出將射極跟隨器演變為開關電路的過程。首先,為了獲得直流增益從圖8.17(a)一般的射極跟隨器中去掉輸入輸出耦合電容C1和C2,變成圖8.17(b)所示的電路。由于沒有必要給基極加偏置電壓(因為輸入信號為0V時晶體管處于截止狀態),所以如圖8.17(c)所示再去掉1。但是,為了確保沒有輸入信號時晶體管處于截止狀態,所以保留使基極處于GND電位的電阻R2。這樣就把射極跟隨器變成了開關電路。
圖8.18的電路是給圖8.17(c)的電路賦予具體電路常數值的射極跟隨器型開關電路。
照片8.9是給這個電路輸入1kHz、4VP-P的正弦波時的輸入輸出波形。當輸入信號的振幅在+0.6V以下時晶體管處于截止狀態,所以只有i的正半周波形作為輸出波形出現。而且的振幅值總比低0.6V(晶體管的VBE)。
照片8.10是給圖8.18的電路輸入1MHz、0V/+5V方波時的輸入輸出波形。因為輸出波形就是晶體管的發射極電位,所以它追隨輸入信號,輸 出的是0V/+4.4V的方波。也就是說由于這個電路是射極跟隨器的變形,所以輸入輸出信號的相位也與放大電路的情況相同,都是同相的。
8.4.2開關速度
8.3節曾經講到如果發射極接地型開關電路中不采用加速電容等技術,就不能夠提高開關速度。但是,這里的射極跟隨器型開關電路繼承了射極跟隨器頻率 特性好的優點。如照片8.10所示,即使1MHz的頻率也能夠很容易地實現開關。盡管圖8.5和圖8.18中使用的晶體管是相同的。射極跟隨器型開關電路 的重要特點就是能夠實現高速開關。與發射極接地型開關電路相比,由于不需要限制基極電流的電阻(因為基極電流必須是負載電流的1/hFE),所以它的另一個優點就是元件少。
圖8.18的電路是在發射極連接負載電阻RL。不過也有不連接負載電阻的電路,如圖8.19那樣發射極原封不動地成了輸出端。
與發射極接地型開關電路的開路集電極相對應,把這種電路叫做開路發射極電路。它應用于高速開關外部負載的場合。
8.4.3設計開關電路的指標
圖8.18的電路的設計指標如下。這是應用0V/+5V的4000B系列CMOS邏輯電路的信號對5mA的負載電流進行接通/斷開的電路。
8.4.4晶體管的選擇
負載電流(發射極電流)的指標是5mA,所以晶體管的集電極電流(=發射極電流)的最大額定值必須大于5mA。因為必須由4000B系列CMOSIC提供基極電流,所以為了將基極電流抑制在0.1mA(一般不怎么能夠從4000B系列CMOSIC中取出電流
),而負載電流是5mA, 所以hFE必須在50(=5mA/0.1mA)以上。
另外,晶體管處于截止狀態時電源電壓(在這里是+5V)是加在集電極發射極間和集電極基極間,所以所選擇晶體管的集電極發射極間和集電極基極間的最大額定值VCEO、VCBO必須大于電源電壓。
按照IC>5mA,hFE>50,VCEO>5V,VCBO>5V的條件,與發射極接地時情況相同選擇2SC2458(東芝)。當然使用
PNP晶體管也無妨,不過這時的電路變成圖8.20所示的那樣。
開路發射極的設計也完全相同,由加在外部負載上的電壓以及從輸出端(發射極)流出或者吸入的最大負載電流為根據選擇晶體管。
射極跟隨器型開關電路的負載電流原封不動地就是發射極電流,所以必須給輸入端提供它的1/hFE的基極電流。但是當負載電流大時,有可能無法提供驅動輸入端電路所必要的基極電流。
在這種情況下,仍然和發射極接地時的辦法一樣,或者采用超晶體管,或者如圖8.21所示將晶體管達林頓連接使用。但是,達林頓連接時需要注意發射極電位要比基極電位低1.2~1.4V(兩個VBE)。
射極跟隨器型開關電路中當晶體管處于導通狀態時,發射極電位比基極電位低0.6~0.7V。因此,即使基極電位與集電極電位(即電源電壓)相等,晶體管的集電極發射極間電壓VCE還是0.6~0.7V(達林頓連接時是1.2~1.4V)。這個VCE與集電極電流=
發射極電流 )之積就是晶體管的熱損耗,所以當負載電流大時應該注意晶體管的發熱問題。
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